[发明专利]集成眼睛追踪和显示系统

权利要求书

1.一种用于透明、近眼、混合现实显示设备的集成眼睛追踪和显示系统，所述系统包括：

用于每只眼睛的显示光学系统（14），所述显示光学系统具有光轴（142）以及透明、平面波导（112），所述透明、平面波导被定位成能够被各只眼睛透视；

一个或多个波长可选过滤器（127、125、525、526），所述波长可选过滤器位于各个透明、平面波导中，与各个显示光学系统的光轴共轴地对准，用于将红外和可见照明（522）导出各个平面波导，并用于将红外反射（522）导入所述平面波导中；

红外照明源（134A、504、505、507、509），所述红外照明源被定位成使其红外照明光学地耦合到所述平面波导中；

红外传感器（134B、506、518），所述红外传感器被光学地耦合至所述平面波导以接收引导自所述波长可选滤波器的红外反射；以及

图像生成单元（120、504、505、506、508、510、512、612），所述图像生成单元被光学地耦合以将可见照明传输到所述平面波导中。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个波长可选过滤器包括一个或多个光栅，并且所述红外传感器由红外波长可选光栅（125、511、524）光学地耦合到所述平面波导。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，至少一个光栅包括衍射光栅。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个波长可选过滤器包括层叠的光栅（525、526），并且所述层叠的光栅中的至少一个（526）可选择以用于一个或多个可见光谱波长，并且所述层叠的光栅中的至少一个（525）可选择以用于红外光谱。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像生成单元包括

光源（509），所述光源被调制以用于以不同的时间间隔以不同波长发射照明；

红外照射源还包括光源，并且所述不同波长包括可见光和红外光谱两者中的波长；

双向扫描镜（510），所述双向扫描镜光学地耦合（508）到光源以接收照明，并且光学地耦合（512、527）到通往所述平面波导中的光路以将照明引导至所述平面波导中；以及

所述一个或多个波长可选过滤器进一步包括有源光栅（525），所述有源光栅被调制以供选择以用于不同时间间隔的可见和红外光谱中的不同波长。

6.一种用于透明、近眼、混合现实显示设备的集成眼睛追踪和显示系统，所述系统包括：

用于每只眼睛的显示光学系统（14），所述显示光学系统具有光轴（142）以及定位成能够被各只眼睛透视的透明、平面波导（112）；

一个或多个波长可选过滤器（525、526），所述波长可选过滤器位于各个透明、平面波导中，与各个显示光学系统的光轴共轴地对准，用于将红外和可见照明（522）导出各个平面波导，并用于将红外反射（522）导入所述平面波导中；

包括用于发射红外和可见照明的光源（504）的光学元件的阵列（504、505），所述光源被光学地耦合（508、510、512、527）至所述平面波导以将其照明导入所述平面波导中；以及

红外传感器（518、505），所述红外传感器被光学地耦合（（527、511、514）、（527、612））至所述平面波导以接收引导自所述波长可选滤波器的红外反射。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述红外传感器包括所述光学元件阵列（505）中的一个或多个传感器（S），所述一个或多个传感器散布在所述所述光学元件阵列（505）中。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或多个波长可选过滤器包括双向红外波长可选过滤器（525）。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光源阵列是由多行光源组成的线性阵列，所述线性阵列由扫描镜（510）扫描以将可见和红外照明耦合到所述平面波导中。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述各只眼睛的红外反射被从所述平面波导中的所述一个或多个波长可选过滤器的至少一个沿相反的光路光学地耦合到所述扫描镜，并且耦合至所述光学元件阵列的一个或多个传感器。